1 Проектирование судна

1.1 Развернутое техническое задание на проектирование

1.1.1 Основные данные:

• Вид перевозимого груза – дизельное топливо;

• плотность дизельного топлива в среднем – 0,84 т/м³;

• Район плавания – Архангельск - Лондон.

2. Основные требования к проектируемому судну:

• Тип судна – танкер;

• Масса перевозимого груза – 5 000 тонн;

• Тип энергетической установки – малооборотный дизель сварной конструкции;

• Эксплуатационная скорость – 15 узлов;

• Дальность плавания – 4400 миль. С учетом обратного рейса, и незапланированных рейсов принимаем дальность плавания 9000 миль;

• Автономность, исходя из дальности плавания и эксплуатационной скорости – 9000/15 = 26 суток. С учетом стоянок в порту, принимаем автономность = 30 суток.

2. Метеорологические условия в предполагаемом районе плавания:

• Район эксплуатации – Белое, Баренцево, Норвежское, Северное моря;

• Диапазон температур – - 20 – 20 ⁰С;

• Ледовые условия – в период навигации фарватер чист, зимой Белое море покрывается льдом, толщиной до 0,5 м;

• Минимальные глубины фарватера до 9 м;

• Ветер до 7 баллов = 10 м/с (0 - 5 м/с – 36 %, 6 - 10 м/с – 38 %, 11 - 15 м/с – 22 %);

• Волнение до 5 баллов, h_волн 3,5 м; (0 - 2 м – 67 %, 2 - 3 м – 13 %, 3 - 5 м – 15 %);

• Скорости течений Гольфстрим и Северо-Атлантического до 1,5 м/сек.

1.1.4 Эксплуатационные требования:

• Согласно выше указанной минимальной глубины фарватера (п.1.1.3), осадка судна не должна превышать 8 м;

• Согласно выше указанного диапазона температур (п.1.1.3), в качестве основного материала корпуса будет применена обычная или высокопрочная сталь;

• Согласно предполагаемому району эксплуатации, корпус судна будет иметь ледовые подкрепления, позволяющие ему самостоятельно продвигаться в битом льду вслед за ледоколом;

• Судно должно удовлетворять одноотсечному стандарту непотопляемости;

• На судне должны быть установлены системы автоматизированного управления, дающими возможность эксплуатации судна без постоянной вахты в машинном отделении и на центральном посту управления.

1.1.5 Комплектация экипажа.

n=K+kDw;

n_п== (10+0,2∙20) = 14 чел – палубная команда;

n_м== (20+0,4∙20) = 20 чел – машинная команда;

n =14+20 = 34 чел,

т.к. применяется частичная автоматизация, то n_м = n_м∙0,5 = 20∙0,5 = 10 чел.

n = 14+10 = 24 чел.

Согласно всех вышеперечисленных требований и ограничений, судно должно быть спроектировано на класс Регистра РФ КМ Arc4 1 AUT1 Oil tanker.

1.2 Определение элементов судна в первом приближении

Для получения значений основных элементов проектируемого судна близким к оптимальным, воспльзуюсь приблизительными зависимостями, отражающими влияние различных элементов на какие то определенные качества судна (грузовместимость, остойчивость, качку, ходкость и т.д.)

Исходные данные по проектируемому судну:

Р_г = 5000 тонн;

ν_s = 15 узлов;

R = 9000 миль;

A = 30 суток.

Для определения полного водоизмещения судна воспользуюсь следующей формулой:

(т), где

Р_г = 5000 т – масса перевозимого груза;

η_г – коэффициент утилизации водоизмещения по чистой грузоподъемности; примем равный 0,68;

Благодаря тому, что известно значение массового водоизмещения, определяю объемное водоизмещение:

(м³), где

γ = 1,025 – плотность морской воды;

Длину проектируемого судна определим исходя из условий обеспечения заданной скорости хода:

L =;

где l – относительная длина судна. Для танкеров водоизмещением до 100000 т. связь l со скоростью ν (очевидно, из-за малого диапазона изменения скоростей) не обнаруживается (из-за малого диапазона изменения скоростей). Для них

;

L=5,157346,0 = 99,11 м – судна в первом приближении.

После определения длины необходимо найти число Фруда

;

Теперь нужно найти коэффициенты полноты судна.

Коэффициенты общей и продольной полноты находятся в прямой зависимости от числа фруда:

0,694.

Коэффициент продольной остроты φ для Fr = 0,12-0,30:

.

Коэффициент полноты мидель–шпангоута найдем как отношение коэффициента общей полноты δ к коэффициенту продольной остроты:

.

Для определения коэффициента полноты КВЛ воспользуюсь формулой Линдблада для транспортных судов:

. Коэффициент вертикальной полноты:

χ = δ / α = 0,694 / 0,836= 0,829. Отношение ширины судна к осадке определяю из условия обеспечения остойчивости,

где - относительная метацентрическая высота. Для танкеров дедвейтом до 10000 т это значение лежит в пределах 0,07-0,12. ξ – относительное возвышение центра тяжести. Принимаю: = 0,08;

ξ = 0,61;

Н/Т = 1,34.

Параметры φ₁ и φ₂ зависят от коэффициентов α и δ. Для φ₁=z_c/T можно пользоваться формулой Ногида для двучленной параболической строевой:

φ₁ = 2/3 – 1/6∙ (2–0,837/0,694)/(2–0,694/0,837) = 0,553.

Параметр φ₂ определяется по формуле Яковлева:

φ₂ = = (1 + 0,837²)/(24∙0,837) ∙0,837²/0,694 = 0,085.

Тогда уравнение остойчивости будет выглядеть следующим образом:

.

Дополнительно для определения B и T можно воспользоваться уравнением:

ВТ = = 7458,0/1,025∙0,694∙99,11 = 106,23 м²;

Тогда В = 106,23/Т.

Подставив это значение в уравнение остойчивости, получаю:

.

Решив это уравнение, получаю:

В = 15,8 м. Т = 6,8 м.

Определим период собственных колебаний судна:

τ = = 0,73 ∙ (15,8 / 0,08)^1/2 = 10 сек.

Выбор высоты борта зависит от двух факторов. Во-первых – обеспечение вместимости грузовых помещений, во-вторых – обеспечение необходимого запаса плавучести. Для определения высоты борта зададим ряд параметров. Будем считать, что проектируемое судно имеет двойные борта, а также кормовое расположение МО.

Отношение высоты борта к осадке для судов с кормовым расположением МО выражается зависимостью:

1,36;

где η_дл = L_трюм/L=0,73– коэффициент утилизации по длине;

η_бл = 0 – коэффициент балластировки;

B_б = 1,4м – расстояние между бортами.

Длина форпика: L_форmin = 0,05∙L = 0,05∙99,11 = 5,0 м.

L_форmax = 0,05L+3 = 8,0, принимаю L_фор = 7,54 м.

Примем L_ахт = 8,4 м.

L_мо= k ∙L = 0,16∙99,34 = 16,0 м.

где k = 0,16 – коэффициент длины машинного отделения для МОД в кормовой части судна.

С учетом расстояния между поперечными переборками и выгородки под грузовое насосное отделение принимаю L_мо = 16,8м.

Тогда L_трюм = L - (L_фор + L_ахт + L_мо) = 99,11 – (7,54 + 8,4 + 16,8) = 66,6 м.

Общая высота борта будет равной:

Н = Т+Н_б.н = 6,8+2,05 = 8,85. H_бн снимаю с графика кривых базисного надводного борта.

Поскольку δ > 0,68, то м.

Поскольку L/H < 15,

то 0,58м.

Чтобы окончательно определить величину высоты борта необходимо сравнить значения Н = f(h_т) и Н = f(Н_б.н.) и выбрать большее.

Н = f(h_т) = 1,36 ∙ 6,8= 9,3 м.

Н = f(Н_б.н.) = Т + Н_бн+ ΔH_δ +ΔH_L/H – ΔН_бн∙ (ΔН_н /ΔН_бн) = 6,8 + 2,05 + 0,12 + 0,58 - 1,07 ∙ 0,24 = 9,3м.

Окончательно принимаю Н = 9,3 м.

Высота надводного борта в носовой оконечности:

4,2м.

У судов с баком, его длина должна составлять не менее 0,07L, принимаю длину бака равной 8 м.

Уточняю массовое водоизмещение судна – D:

т.